Протозвездный час: «короткое замыкание» в космосе поможет создать источник вечной энергии

Российские ученые впервые с помощью наблюдательных методов изучили, как происходит перестройка силовых линий в крупных магнитных полях в окрестностях массивной протозвезды — звездного «зародыша», где еще не запустились термоядерные реакции. Это событие сопровождалось вспышкой микроволнового излучения. Исследование позволило выдвинуть принципиально новую гипотезу, что главной причиной высвобождения большого количества энергии стало именно взаимодействие магнитных полей, которые представляют из себя гигантские энергетические резервуары в космосе. Как это может помочь в создании источника бесконечной энергии — в материале «Известий».

Вспышка в звездном «зародыше»

Высвобождение колоссального количества энергии в космосе может происходить из-за взаимодействия друг с другом огромных магнитных полей — такое открытие совершили российские астрофизики из Уральского федерального университета совместно с коллективом ученых из Китая и Италии.

Полученные выводы были сделаны в процессе наблюдения сверхмассивной протозвезды G36.11+0.55. Это крупный космический объект, который находится на расстоянии более 4 тыс. световых лет от нашей планеты.

Как объяснили ученые, протозвезда представляет собой «зародыш» будущей звезды. Это большое облако газа и пыли, которое сжимается под действием гравитации. Его ядро из-за высокого давления в центре уже начинает нагреваться, но термоядерные реакции еще не запущены. Такая стадия жизни будущей звезды может длиться от 100 тыс. до 10 млн лет в зависимости от ее массы. При этом из окружающего объект вещества в дальнейшем могут формироваться планеты.

По словам исследователей, G36 находится на ранней стадии своего формирования и окружен плотным газопылевым диском. Он активно притягивает и накапливает в себе вещество, что делает его идеальной природной лабораторией для изучения процессов, которые происходят при рождении звезд.

Фото: пресс-служба УрФУ Научный сотрудник лаборатории астрохимических исследований УрФУ Сергей Хайбрахманов

— В частности, в ходе наблюдения объекта с помощью наземных телескопов астрономы зафиксировали необычную вспышку микроволнового излучения (мазер), которая длилась 90 дней и высвободила энергию ~10³⁹ эрг. (единица работы энергии. — «Известия»). Это примерно в миллион раз больше, чем средняя вспышка на Солнце, или примерно в 170 млрд раз больше энергии, чем человечество потребляет за год. Параллельно было обнаружено, что изменения яркости мазера синхронны с колебаниями магнитного поля, — рассказал «Известиям» один из авторов исследования научный сотрудник лаборатории астрохимических исследований УрФУ Сергей Хайбрахманов.

Магнитные поля — резервуары энергии

Обычно, пояснил он, такие события связывают с процессом аккреции — падением на поверхность протозвезды вещества из окружающего диска (возможно, несостоявшихся планет). Однако, несмотря на мощь зафиксированной вспышки, ее масштаб оказался меньше, чем в других подобных случаях. Это заставило предположить иную физику явления, чем у аналогов.

В результате на основе современных вычислительных моделей была выдвинута гипотеза, что в G36 также имел место эпизод повышенной аккреции. Но вместе с тем при падении на звезду сгусток вещества «передал» ей часть своего магнитного поля, что и стало причиной необычного явления.

— Накопление этой избыточной магнитной энергии вблизи поверхности звезды привело к магнитному пересоединению — перегруппировке силовых линий, которое сопровождается взрывным выделением энергии. Это что-то вроде космического «короткого замыкания», которое и запустило мазерную вспышку, — сообщил Сергей Хайбрахманов.

Фото: пресс-служба УрФУ

По его мнению, главный результат исследования — обнаружение четкой взаимозависимости между изменениями яркости мазера и колебаниями магнитных полей. Это может значить, что вспышка вызвана не просто падением вещества на будущую звезду, а именно магнитными процессами.

Также сделанное открытие подчеркивает роль магнитных полей как резервуаров энергии в космосе и их важную функцию при формировании звездных систем.

Протозвезда — природная лаборатория

Вместе с тем, по словам ученого, магнитные пересоединения присутствуют во многих физических процессах и их изучение даст возможность научиться управлять ими.

— Например, на Земле исследователи рассчитывают получить дешевый источник «вечного» топлива за счет управляемой термоядерной реакции — слияния легких атомных ядер (изотопов водорода), при котором происходит высвобождение огромной энергии. Однако при этом нужно овладеть способами удержания плазмы, температура которой достигает десятков миллионов градусов. Один из путей, который поможет добиться этих целей, — применение магнитных полей, — рассказал Сергей Хайбрахманов.

Полученные сведения о событиях в окрестностях протозвезды могут послужить натурными данными для проверки математических моделей таких установок, добавил он. Это, в свою очередь, даст возможность построить надежные термоядерные реакторы.

Фото: пресс-служба УрФУ

— В исследовании ученые рассматривают событие магнитного пересоединения в массивных протозвездных объектах, которое впервые было подтверждено наблюдательными данными. Это открытие расширяет понимание процессов звездообразования, но также оно может иметь прикладное значение, — рассказала «Известиям» старший научный сотрудник лаборатории «Спектроскопия межзвездной среды» астрофизического комплекса Физического института им. П.Н. Лебедева Надежда Шахворостова.

Например, сказала она, в токамаках — устройствах управляемого термоядерного синтеза — магнитное пересоединение и ряд других эффектов могут вызывать срывы плазмы, которые мешают ее удержанию. Изучая их в естественных «космических лабораториях», ученые получают статистику, которая необходима для проверки расчетных моделей. Также реальные природные примеры позволят задать точные параметры для компьютерной симуляции, что ускорит создание работоспособных установок. Изучение магнитных полей в протопланетных дисках также поможет лучше понять, как формировалась наша собственная Солнечная система.

Вместе с тем, уточнил специалист, как показывает история науки, фундаментальные астрономические исследования часто приводят к неожиданным практическим результатам. Например, наблюдения квазаров — самых ярких объектов во Вселенной — стали базой для GPS-навигации. А методы, созданные для исследований космического радиоизлучения, легли в основу магнитно-резонансной томографии.

Также изучение звездных «зародышей» может стать основой термоядерных технологий завтрашнего дня, заключила эксперт.

— Пересоединения магнитных полей, которые приводят к взрывообразному выделению гигантской энергии, накопленной в них, — распространенное явление. В природе они происходят сплошь и рядом, включая Солнце и магнитосферу Земли, — пояснил директор астрономической обсерватории Иркутского государственного университета, старший научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН Сергей Язев.

По его мнению, новые примеры полезны для понимания физики процесса, а это гарантированно поможет будущим если и не термоядерным, то другим энергетическим системам высокой мощности.